一种强化冷低压分离器中油水分离及耦合除盐功能的方法及装置

摘要

本发明涉及一种强化冷低压分离器中油水分离和耦合除盐的方法及其装置。首先，含水低分油在入口段与体积比为0～1％脱盐水逆流混合后进入T型液气分离器进行脱气处理，将低分油中因降压闪蒸出的气相快速分离，油水混合物在低压分离器下部自左封头向右流动至整流分布器实现在径向截面的均部；油水依次通过粗粒化及CPI模块快速分离后一部分水外排，油及微量水(0～0.01％)通过隔板后进如深度分离段，油通过纤维组合模块将深度脱水后外排，拦截下的水进一步通过组合纤维模块深度除油后外排。本发明能强化冷低压分离器油水分离性能的同时还可以实现油中除盐的功能，并减小低压分离器的占地，弥补了目前低压分离器的不足。

说明书

技术领域

本发明涉及石油炼制或者煤化工领域，涉及一种强化冷低压分离器中油水分 离及耦合除盐功能的方法及装置。

背景技术

在加氢装置中，低压分离器的工作原理属于蒸馏操作中的平衡汽化，即进料 以某种方式，经过减压后，在一个容器的空间内，在一定的温度、压力下，汽、 液两相迅即分离，得到相应的气相和液相产物。低压分离器作用一是将冷高压分 离器来料中的气液相组分进行分离，闪蒸出部分气相组分，降低分馏系统的气相 负荷；二是因为气相组分中含有较多的硫化氢，在低压分离器中脱除一部分硫化 氢后，会减少分馏系统的设备腐蚀。

目前低压分离器采用常规的重力沉降罐进行分离，在运行过程中存在以下三 点问题：(1)液气分离效果较差，因为降压闪蒸分离出的分散的微小气泡靠重力 沉降无法有效去除，被夹带进入酸性水或者馏分油中，造成气体资源流失(主要 为氢气)，另外也会增大下游负荷；(2)油水采用重力沉降分离，设计停留时间 为10分钟或者更长，分离效果差且占地面积大；(3)油品质量变差后，馏分油 中含盐含硫化氢量增大，馏分油脱水效果差，水中含硫化氢及盐类导致下游汽提 及分馏过程腐蚀严重，当前设计未考虑低压分离器的除盐功能。因此需采用新型 高效的技术对当前低压分离器进行优化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种强化冷低压分离器中油水分离及耦合除盐功 能的方法及装置，其结合材料特性及流场调控两方面进行油水的强化分离，并同 时采用注水洗涤方式对油中夹带的硫化氢及盐类进行洗涤脱除，再强化油水分离 的同时且达到高效除盐的目的，弥补了现有冷低压分离器技术的不足。

具体的技术方案为：

一种强化冷低压分离器中油水分离和耦合除盐的方法，包括以下步骤：

步骤1：含水低分油在入口段与脱盐水混合，在此过程混合物中的盐及硫化 氢转移到水中，完成初步洗盐后进入T型液气分离器，快速分离低分油中因降压 闪蒸出的低分气；其中，所述含水低分油在入口段的压力为0.6～4.5MPa，温度 为20～90℃，所述脱盐水的注入量的体积百分比为0～1％；

步骤2：油水混合物通过二次注水洗涤及整流分布后进入初步分离段，采用 亲水性水滴粗粒化模块将油中分散的水滴快速聚结长大，再通过CPI快速分离模 块实现油水快速分离，水从底部通过油水界位控制器自动排出或通过隔板左右的 连通口进入深度分离腔，油及微量水通过隔板进下个步骤处理；其中，二次注水 量的体积百分含量为0～0.5％，整流分布后油水混合物的流动速度为0.005～ 0.05m/s，CPI模块的波纹板间距为5～18mm，此过程分离出粒径大于30μm的水 滴；

步骤3：油及微量水进入深度分离段后，首先通过重力沉降的方法将粒径较 大的水滴分离到底部进入水包，然后通过包括亲水性纤维和亲油性纤维的组合纤 维脱水模块进行深度脱水，此过程实现油中夹带的粒径为3～30μm的水滴分离； 深度脱水后的油通过液面控制器自动控制排出，分离出的水进入包括亲水性纤维 和亲油性纤维的组合纤维除油模块进行除油处理后通过油水界面控制器自动控 制外排，此过程经组合纤维模块分离后达到水中含油量小于100mg/L；

其中，所述组合纤维脱水模块中亲水性纤维占亲油性纤维的比例为5～15％； 所述组合纤维除油模块中亲油性纤维占亲水性纤维的比例为10～20％。

步骤1所述脱盐水的注入方式为逆流或顺流，注入的水滴粒径为10～50μm， 注入量可根据油中含盐量进行调整。

步骤1所述的T型液气分离器入口段的混合液流速为3～6m/s。

步骤2所述二次注水的方式为通过内伸管加喷头逆流注水，注水的水滴粒径 为30～100μm。

步骤2所述的亲水性水滴粗粒化模块和所述CPI快速分离模块采用改性的特 氟龙、聚丙烯或者不锈钢材料。

步骤3中的组合纤维模块采用中国专利公开号为103952853A中的编织形式。

一种实现上述任一所述方法的强化冷低压分离器中油水分离和耦合除盐功 能的装置,所述装置包括壳体、设置在所述壳体上的油水气进口，分别与所述油 水气进口相连的注水设备和T型液气分离器或旋流脱气器，依次设置于所述壳体 内部的二次注水器、整流分布器、油水粗粒化模块、CPI快速分离模块、油水界 面控制器、隔板、液面控制器以及处于所述壳体尾部的油相出口；置于所述壳体 底部的气体脱液器，所述壳体的顶部具有气相出口；所述壳体的底部还设有水相 出口。

所述油相出口、气相出口、水相出口上分别设有调节阀；

所述气体脱液器内部具有油水界面控制器。

所述壳体为卧式或立式。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用T型液气分离技术，一方面降压闪蒸的气体通过T型管液 体旋转的离心力实现快速的液体脱气，结构简单且分离效率高于重力沉降分离； 另一方面，在T型分离器的前段注水，控制T型管入口流速为3～6m/s时，均匀 分散的水滴在T型管中受到旋转离心力的作用，由于油水密度差的原因，水滴在 径向截面上是自内向外迁移运动，在垂直截面是自上向下运动，能完成二次洗涤 除盐的作用且粒径为10～50μm水滴在此离心力下不易破碎乳化，满足后续的高 效分离；

(2)采用二次注水，一方面可以节省注水量，实现深度除盐，另一方面可 以提高油水的快速分离，主要原因是一次注水会存在偏流，T型管分离过程停留 时间段，导致部分油未与水充分洗涤，因此二次注水可以再次洗盐；其次二次注 水控制水的液滴粒径为30～100μm,属于分散态水滴，在粗粒化模块，此部分水 滴可以迅速富集到粗粒化模块的折流板表面形成水膜，油中夹带的小水滴，如小 于30μm的小水滴可以迅速与水膜结合形成大液滴，提高粗粒化的水滴聚结性能；

(3)一个壳体中实现了粗脱水分离与精细脱水分离，在隔板前主要脱除大 于30μm的水滴，再隔板后采用组合纤维实现深度脱水的功能，而脱水模块中亲 水性纤维占亲油性纤维比例为5～15％，在保持低压降(油易通过亲油纤维穿过纤 维层)而实现水滴的深度分离(部分乳化态油滴会夹带微小水滴，而此部分水滴 被亲水性纤维拦截分离)，通过此种分步分级的方法可实现油中深度脱水的作用， 更为重要的是通过此设计油脱水分离时间由当前设计的10分钟以上降低到3分 钟以内，速度快、效率高且占设备大大减小，系统配套费用也降低；

(4)脱气、注水洗盐、油水强化分离三个技术相互促进提升各自的性能， 脱气过程的旋转流动实现脱气同时实现洗盐及油水的粗分离，二次注水在强化洗 盐的同时又由于大粒径的水滴吸水作用可提升油水分离性能，油水错流流动快速 分离过程也对洗盐分离有一定的促进作用，因为该发明将以上三种技术进行了耦 合设计，满足功能的同时强化了性能；

(5)对于含盐较低的低分油，可以关闭注水口，采用隔板左右的联通口实 现水由隔板左侧流通到水包，隔板的设计有利于实现油水的初步分离分层，减小 低分油中带水的波动而导致低分油出口含油量增大。

本发明采用的设备具有占地面积小、油水分离速度快效率高的特点，在功能 上强化了既有技术的脱气、脱水性能的同时还增加了除盐功能，可广泛应用于石 油炼制过程的低分分离流程也可以应用与塔顶回流罐等分离过程。

附图说明

图1是实施例1的具有强化冷低压分离器中油水分离及耦合除盐功能的装 置。

符号说明

1 油水气入口；2-1、2-2 注水口；3 T型液气分离器；4 整流分布器；

5 油水粗粒化模块；6 CPI快速分离模块；7 深度除油模块；

8 气相出口；9 深度脱水模块；10 液面控制器；11-1、11-2、11-3 调节阀；

12 水相混合出口；13-1、13-2 界位控制器；14 联通阀；15 水相返回口；

16 水相出口1；17 水相出口2；18 隔板；19 油相出口。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的方法及其装置进行具体描述，但实施例只用于对 本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，该强化冷低压分离器中油水分离及耦合除盐功能装置包括壳 体、设置在壳体上的油水气入口1，分别与油水气入口1相连的注水口2-1和T 型液气分离器3(或旋流脱气器)，依次设置于壳体内部的二次注水器(含注水 口2-2)、整流分布器4、油水粗粒化模块5、CPI快速分离模块6、(油水)界面 控制器13-1、13-2、隔板18、液面控制器10以及处于壳体尾部的油相出口19； 置于壳体底部的深度除油模块7，壳体的顶部具有气相出口8；壳体的底部还设 有水相出口17。油相出口10、水相出口17、水相出口16上分别设有调节阀11-1、 11-2、11-3。

壳体可以为卧式或立式。实施例1采用卧式。

低分油从油水气入口1进入，由于降压的作用会闪蒸出来一部分气体，油水 气与注水口2-1注入的粒径为10～50μm脱盐水进行逆流接触混合，完成初步的 洗盐作用，接着进入T型液气分离器进行液气的快速分离，由于T型液气分离器 是通过切向进口实现的旋转离心力完成液气的快速分离，因此在旋转分离的同 时，注水口注入的水滴在离心力作用下在T型分离器的径向截面上逐渐向外运 动，在轴向截面上向下运动，完成二次洗盐过程，油水混合物从T型分离器的下 部出口进入低压分离器。

油水混合物自左向右流动，首先与注水口2-2注入的30～50μm脱盐水进行 在此混合洗涤，在此期间完成深度洗盐，之后进去整流分布器4进行流体的整流 分布，实现油水混合物在容器直径截面的均匀分布，整流分布后油水混合物的流 动速度为0.005～0.05m/s；其次油水混合物进入油水粗粒化模块5在粗粒化折 流板之间进行上下错流流动，由于粗粒化折流板表面的亲水性，油水混合物中的 大颗粒水滴迅速在板表面形成水膜进一步吸附油中的小粒径的水滴，使之聚结长 大，通过此过程后油水混合物进入CPI快速分离模块6，依靠多层波纹板浅池沉 降原理，迅速完成初步的油脱水过程，此过程能将大于30μm粒径的水滴进行有 效分离，油水在隔板18左侧形成油水界面，依靠界面控制器13-2控制调节阀 11-3的开启，从水相出口16进入水相混合出口12完成水的外排，油则通过隔 板18进入深度脱水过程。

进入深度脱水区的水滴粒径一般都小于30μm，首先在隔板右侧设置一段自 然沉降区，将部分可沉降的小水滴沉降分离到罐底进入水包，另外，即使上个过 程油水分离波动或者入口带水波动，此段能进行缓冲调节；之后含微细水滴的油 水混合物进入深度脱水模块9，深度脱水模块9中亲水性纤维占亲油性纤维比例 为5～15％，在保持低压降(油易通过亲油纤维穿过纤维层)而实现水滴的深度 分离(部分乳化态油滴会夹带微小水滴，而此部分水滴被亲水性纤维拦截分离)； 拦截下的水滴通过亲水纤维的聚结作用沉降进入水包，再通过组合纤维构成的深 度除油模块7进行除油处理后通过自然沉降方式在水包中形成油水界面层，通过 界位控制器13-1控制调节阀11-2的开启，从水相出口17进入水相混合出口12 完成水的外排；油则通过液面控制器10控制调节阀11-1从油相出口19完成油 相外排。

进一步，如果油中含盐较低，不需要注水洗盐或者注水量小于0.5％，则开 启联通阀14，水进入水包进行外排。

表1为某炼油厂加氢装置冷低压分离器的性质及操作参数。

表1

项目 工艺操作数据 物料名称 油气、油、H₂S、氢气、水 总流量 37000kg/h 气相 2703kg/h 油相 34184kg/h 水相 113kg/h 温度 50℃ 操作压力 3.0MPa 气相密度 22.835kg/m³油相密度 685.992kg/m³氯离子含量 80μg/g 液相中H₂S含量 0.6253％(W) 液相中氢浓度 氢浓度0.0236％(W)

依照上述操作参数，原冷低压分离器设计为直径2000mm，切线长度5800mm的一 个重力沉降罐进行油水气的三相分离，经过运行半年时间，发现油相出口中水含 量经常超过2000ppm，水相出口中水中带油超过1000ppm，且存在经冷低压分离 器后的汽提塔、分馏塔腐蚀较严重的问题，对装置的长周期、经济性运行带来了 问题。因此采用本发明技术对该过程进行改造：

改造总体要求：出口油中含水量小于300ppm，水中含油量小于200ppm，消 除经冷低压分离后的汽提、分馏塔的结盐腐蚀，保障长周期运转。

改造工艺计算如下：

(1)工艺参数：按照液体流速0.02m/s计算，平均液位高度50％，停留时 间180s计算，得出改造后设备直径为1600mm，切线长度3600mm；因盐含量为微 量，运行半年后发现腐蚀，因此设计为1次注水，注水量为油相流量的0.5％。

(2)内构件形式：入口采用T型液气分离器，入口流速控制为4.8m/s，在 实现液体脱气的同时满足油水混合分离的要求；水滴粗粒化模块5采用316L不 锈钢折流板进行水滴粗粒化，CPI模块采用改性PP波纹板，板间距控制为10mm， 凹处开孔率为3％，满足水滴聚结后的快速沉降；深度脱水模块7采用尼龙、特 氟龙、316L不锈钢纤维混合编制模块，其中三者质量比例为2:7:1；深度除油模 块7采用的是玻璃纤维、特氟龙纤维、316L不锈钢纤维混合编制模块，其中三 者质量比例为6:3:1。

(3)排水控制：因注水为0.5％，水量较大，超过了排水口17的处理能力， 因此通过界位计控制排水口16、排水口17同时排水；油相通过液面控制器控制 液面高度为60％进行外排。

实施效果，采用该发明方法进行改造后，冷低压分离器内油中氢气含量降低 了22％，出口水中油含量为80～180ppm，出口油中水含量为210～290ppm,氯离 子含量降低至11μg/g，与原有重力沉降分离工艺技术相比，存在以下有益效果：

(1)油中氢气含量降低，氢气回收率提高，降低了下游分馏塔塔顶气相负 荷，且提高了经济效益；

(2)出口水中油含量，油中水含量满足了设计要求，消除了油中带水水中 带油对下游装置产生的问题；

(3)油出口中氯离子含量降低，降低了下游汽提、分馏塔的腐蚀速率，提 高了装置的连续运转周期；

(4)设备占地减小，起到了一定的经济效益。

综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即 凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范 畴。